Estudio de la Dinámica Hidro – Sedimentológica del Río de La Plata: Observación y Modelación Numérica de los Sedimentos Finos. PROYECTO FREPLATA RLA 99/G31. Parte 1

PROYECTO FREPLATA PNUD RLA 99/G31

Autoridades

Comisión Administradora del Río de la Plata (CARP):
Delegación Argentina: Embajador Guillermo Enrique González
Delegación Uruguaya: Embajador Francisco Bustillo
Secretario Técnico: C/N Ángel Humberto Antoniello

Comisión Técnica Mixta del Frente Marítimo (CTMFM):
Delegación Argentina: Embajador Carlos Alfredo Carrasco
Delegación Uruguaya: C/N (CP) Julio Suárez
Secretario Técnico: Dr. Hebert Nion

Coordinación General:
Antonio P. Federico (Argentina) y Hugo Eguía (Uruguay)

Administración:
Adriana Leone

Contaduría:
Carina Criado

ESTUDIO DE LA DINÁMICA HIDRO-SEDIMENTOLÓGICA DEL RÍO DE LA PLATA:
OBSERVACIÓN Y MODELACIÓN NUMÉRICA DE LOS SEDIMENTOS FINOS
CONVENIO DE COOPERACION N° CZZ 1268.01

Comité editor
Directora de Redacción: Claudia G. Simionato (CIMA/CONICET-UBA,DCAO-FCEN, UMI IFAECI-CNRS),
Redactores: Diego Moreira (CIMA/CONICET-UBA,DCAO-FCEN, UMI IFAECI-CNRS), Mariano Re (INA) y Mónica Fossati (IMFIA UdelaR) Coordinadora de comunicaciones: Victoria Matamoro
Diseño: Ricardo Cáceres
Coordinador general: Percy Nugent (FREPLATA)

INSTITUCIONES PARTACIPANTES

MODELACIÓN NUMÉRICA, ANÁLISIS DE DATOS E INFORMES

Autoría

Los contenidos de este trabajo están basados en los Informes presentados por la Dra. Caroline Tessier y los Informes de Avance presentados por los Organismos participantes del Proyecto, además del informe final del mismo generado en conjunto por todos los investigadores participantes. Estos involucraron la participación del siguiente equipo técnico:

1. Informes de Avance del Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera (CIMA/ CONICET-UBA) producidos por: Dr. Mario Nuñez, Dra. Claudia Simionato, Dra. Adriana Fernández, Dra. Marcela González, Lic. Diego Moreira y C.C. Alfredo Rolla.
2. Informes de Avance del Instituto Nacional del Agua (INA): producidos por: Dr. Angel N. Menendez, Ing. Mariano Ré, Ing. Alejo Sarubbi y Martín Sabarots Gerbec.
3. Informes de Avance del Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Ambiental (IMFIA/UR): MSc. Ing. Mónica Fossati y Dr. Ing. Ismael Piedra-Cueva.
4. Informes de Avance y de Campaña del Instituto Nacional de Investigación y Desarrollo Pesquero (INIDEP) producidos por: Lic. Raúl Guerrero y Martín Veccia.
5. Informes de resultados de las Campañas 1, 2, 3, 4 y 5 realizadas por el Servicio de Hidrografía Naval (SHN) de Argentina y el Servicio Oceanográfico, Hidrográfico y Meteorológico de la Armada (SOHMA) de Uruguay producidos por: Lic. Carlos F. Balestrini y Lic. Graziella Bozzano

Participaron de las campañas oceanográficas del Proyecto: Abigail Capeluto, Aldo Firpo, Alejandro Barrios, Álvaro Cubiella, Álvaro Demicheli, Analía Díaz, Andrés Pescio, Ángel Rodríguez, Ariel Rodolfo Cabrera, Ariel Tejerina, Bruno Casimiro Bruno, Carlos Alejandro López, Carlos Balestrini, César Acevedo , Christian Díaz, Christian Tolaba, David Le Piver, Diego Giberto, Diego Moreira, Dirney Vega, Emmanuel Zelarrayán, Esteban López, Federico Cortes, Federico Zas , Francisco Pedocchi, Gabriel Sierra , Gonzalo Pastor, Hervé Chamley, Jandira Genovese, Javier Draper, Javier Pardiñas, Julián Lorenzo, Leonardo Monteros, Loïc Quemener, Marcelo Rodríguez, Mariana Escolar, Mariana Rubial, Matías Lugo, Michel Repecaud, Mónica Fossati, Pablo Santero, Pablo Zorzoli, Pedro Rodríguez, Ramiro Ferrari, Raúl Guerrero, Roque Yurquina, Sergio Cruz y Tabaré De los Campos

Agradecimientos
Nuestro agradecimiento a:

1. A los buzos, técnicos y miembros de las tripulaciones de los buques ARA Ciudad de Rosario y Cromorán, ROU Sirius y Maldonado e INIDEP Capitán Cánepa por su colaboración durante las Campañas del Proyecto.
2. A los técnicos de IFREMER Hervé Chamley, David Le Piver, Loïc Quemener y Michel Repecaud por su colaboración en la instalación del instrumental, la capacitación de recursos humanos a nivel local y su buena predisposición.
3. A los Drs. Francis Gohin, Pierre Le Hir, Valerie Garnier, Caroline Le Bian y Caroline Tessier por el dictado de los cursos de capacitación en el marco del Proyecto y su excelente predisposición para la colaboración con los actores locales.

Prólogo

El Río de la Plata y su Frente Marítimo constituyen uno de los principales sistemas fluviomarítimos del mundo; en las orillas del Río de la Plata se sitúan las capitales de Argentina y Uruguay y también se concentran las actividades industriales principales que generan el 65% y 87% del PBN industrial de los respectivos países. La población en el área del proyecto supera los 17 millones de habitantes que representan el 35% de la población total de Argentina y el 75% de Uruguay.

La comprensión de la dinámica hidro-sedimentológica del RPFM es relevante para comprender los procesos de erosión costera, la deposición y puesta en biodisponibilidad de los contaminantes y los ciclos biológicos de los peces y el fitoplancton que influyen en las pesquerías, así como en el mantenimiento y dragado de los puertos y vías navegables.

El tratado del Río de la Plata y su Frente Marítimo de 1973 define el marco jurídico para la administración de la zona. El tratado encomienda a dos comisiones binacionales, la Comisión de Administración del Río de la Plata (CARP) y la Comisión Técnica Mixta del Frente Marítimo (CTMFM) adoptar y coordinar los planes y medidas para la protección de este ambiente acuático y sus recursos . En este marco, las comisiones del Tratado crearon un Consorcio como marco de cooperación y de coordinación institucional para ejecutar el Proyecto del Fondo Mundial por el Ambiente (GEF por sus siglas en inglés) RLA 09 G31 “Protección Ambiental del Río de la Plata y su Frente Marítimo: Prevención y Control de la Contaminación y Restauración de Hábitats”, conocido como FREPLATA.

El proyecto FREPLATA implicó llevar adelante un proceso participativo de largo plazo que identificó los problemas transfronterizos prioritarios del RPFM y permitió a una serie de instituciones clave a nivel internacional, binacional y nacional, unirse para coordinar esfuerzos y hacer frente a los problemas ambientales.

Un ejemplo de ello ha sido la cooperación entre el Consorcio Comisión Administradora del Río de la Plata – Comisión Técnica Mixta del Frente Marítimo (CARP/CTMFM) y el Fondo Francés para el Medio Ambiente Mundial (FFEM), que permitió abordar la problemática de la dinámica hidro-sedimentológica en el Río de la Plata en el marco del Proyecto FREPLATA.

La Agencia de Cooperación Francesa para el Desarrollo y el Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo asistieron a este proceso facilitando su implementación.

El presente estudio, cuyo objetivo fue contribuir a mejorar el conocimiento de del RPFM, estuvo basado en la combinación de modelado numérico y adquisición de datos, en un importante esfuerzo, que involucró la instalación de dos estaciones fijas, una boya oceanográfica, siete campañas oceanográficas específicas, la adquisición y calibración de imágenes satelitales diarias de material en suspensión y clorofila-a de alta resolución y experimentos de laboratorio.

Participaron del mismo dos centros académicos, dos institutos nacionales, los servicios hidrográficos de ambos países y un centro de investigaciones francés, lo que permitió además de y la adquisición de un conjunto de datos excepcional, la formación de recursos humanos y la instalación de nuevas capacidades en la región.

Con este aporte, entre otros muchos desarrollados FREPLATA ha generado un enfoque integral de la gestión sostenible del RPMF, que concluyó en un análisis de diagnóstico transfronterizo (ADT) y en la propuesta de un Plan de Acción Estratégico (PAE). En el presente, los gobiernos de Argentina y Uruguay están involucrados al más alto nivel, a través de las comisiones binacionales y a las respectivas autoridades ambientales, para asegurar la continuidad de este proceso con el Proyecto “Reducción y Prevención de la contaminación de origen terrestre en el Río de la Plata y su Frente Marítimo mediante la implementación del Programa de Acción Estratégico de FREPLATA”.

Resúmen Ejecutivo

Para encarar la gestión medioambiental del Río de la Plata de modo eficiente, se debe involucrar a la ciencia, en particular en lo vinculado con los procesos hidro-sedimentológicos.

Esto se debe a que los sedimentos intervienen en los procesos de erosión costera y avance del Delta del Paraná, el mantenimiento y dragado de los puertos y vías navegables, la deposición y puesta en biodisponibilidad de los contaminantes y en los ciclos biológicos de los peces y el fitoplancton, con los consecuentes impactos en las pesquerías. Muchos de estos procesos aún no son bien entendidos. La comprensión de la dinámica hidro-sedimentológica, a su vez, está fuertemente condicionada por la disponibilidad de observaciones in situ, requiriéndose de las mismas para la caracterización de los procesos físicos (que, para los sedimentos, dependen específicamente del sitio en cuestión) y para la calibración y validación de los modelos numéricos que representan esos procesos.

La problemática de la dinámica hidro-sedimentológica en el Río de la Plata, desde el ingreso de los tributarios y hasta la región marítima, fue abordada por el Proyecto FREPLATA con la colaboración del IFREMER’ (Instituto Francés para la Explotación del Mar, Francia) y financiamiento del Fondo Francés para el Medioambiente Global (Proyecto FREPLATAFFEM).

Las tareas de recolección de datos iniciadas en 2009 se prolongaron hasta fines de 2010 comprendiendo la instalación de dos estaciones fijas y una boya oceanográfica, la realización de siete campañas oceanográficas específicas, la adquisición y calibración de imágenes satelitales diarias de material en suspensión y clorofila-a de alta resolución y experimentos de laboratorio. Estas acciones se llevaron a cabo con la contribución científicotécnica de Instituciones de los países de la cuenca. Dichas instituciones son el CIMA (Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera, CONICET-UBA, Argentina), el INIDEP (Instituto Nacional de Investigación y Desarrollo Pesquero, Argentina), el INA (Instituto Nacional del Agua, Argentina), el IMFIA (Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Ambiental, UdelaR, Uruguay), el SHN (Servicio de Hidrografía Naval, Argentina) y el SOHMA (Servicio Oceanográfico, Hidrológico y Meteorológico de la Armada, Uruguay). Este plan fue complementado por un programa de capacitación de recursos humanos mediante el dictado de cursos en la Universidad de Buenos Aires por reconocidos especialistas franceses, lo que permitió incorporar al proyecto jóvenes universitarios recién graduados.

El objetivo fue propender a paliar el problema de la escasez de recursos humanos formados en la temática y contribuyendo a la instalación de capacidades científico-técnicas a nivel regional. Se llevaron a cabo tareas de modelado numérico, incluyendo la instalación del modelo hidrosedimentológico MARS-3D (Model for Applications at Regional Scale) de IFREMER en el CIMA/CONICET-UBA, el INA y el IMFIA/UdelaR, y su implementación mediante un conjunto de modelos regionales anidados de alta resolución.

Este trabajo resume los avances realizados en el marco del Proyecto. Más allá de la formación de recursos humanos, la instalación de nuevas capacidades al nivel del estado del arte en instituciones de la región y la adquisición de un conjunto de datos excepcional, los resultados de la aplicación del modelo numérico al estudio de la dinámica hidrosedimentológica del Río de la Plata ha contribuido significativamente a mejorar el conocimiento de los procesos que ocurren en este importante sistema costero.

Los resultados más relevantes, relacionados con la dinámica de los sedimentos son:

1. Los datos in situ permitieron, por primera vez, estudiar la variabilidad temporal de numerosos parámetros oceanográficos en la región y su co-variabilidad. Dichos parámetros y la turbidez exhiben gran variabilidad en todas las escalas de tiempo observadas, desde la estacional a la sub-anual (intra-estacional, sinóptica atmosférica y diurna). La asociación de esta gran variabilidad con la de la atmósfera sugiere que este sistema responde rápida e intensamente a cambios en sus forzantes. En este sentido, es esperable que en otras escalas no observadas en este conjunto de datos (escala interanual o mayores) se produzcan cambios importantes, cuyo estudio sólo será posible a través de un monitoreo continuo a lo largo de varios años.
2. Los resultados del análisis de las imágenes satelitales de material inorgánico en suspensión en superficie indican que su concentración es máxima a lo largo de la costa argentina del Río de la Plata Superior y Medio, lo que está vinculado con la mayor carga de sedimentos del río Paraná respecto del Uruguay y con las corrientes de marea más intensas. La concentración de sedimentos exhibe un máximo en invierno y un mínimo en verano, que estaría relacionado con el período de aporte de sedimentos desde los tributarios y con un aumento de la intensidad media del viento y, consecuentemente, de la altura y frecuencia de las olas que resuspenden el sedimento. La concentración de material inorgánico suspendido se reduce drásticamente aguas abajo de la Barra del Indio, en asociación con la región del frente de salinidad, probablemente influido por los procesos de floculación y consecuente decantación que ocurren en esa región.
3. Los resultados del análisis de las imágenes de clorofila-a sugieren que esta variable está condicionada por los sedimentos y estrechamente ligada con la hidrodinámica. En efecto, en la zona de la Barra del Indio, la reducción de la concentración de material inorgánico es acompañada por un marcado incremento de la concentración de clorofila-a, lo cual se vincula con la mayor disponibilidad de luz. Las concentraciones de clorofila-a y material inorgánico aumentan a lo largo de la costa uruguaya del Río de la Plata exterior en invierno y disminuyen en verano, mientras que lo recíproco ocurre a lo largo de la costa argentina en la mencionada región exterior. Esto parece vincularse con el desplazamiento medio de la pluma de agua dulce a lo largo de esas estaciones, que se mueven hacia el sur en verano y hacia el norte en invierno, en respuesta a la variabilidad del viento. Finalmente, la concentración de clorofila-a en el Río de la Plata maximiza en verano, mientras que en la Plataforma Continental lo hace en primavera. Una explicación posible es que en este ecosistema los nutrientes no constituyen un limitante al desarrollo de algas, sino que más probablemente la temperatura y la cantidad de horas de luz sean los condicionantes principales. En verano, la temperatura es alta, favoreciendo el desarrollo de la vida y la cantidad de horas de luz aumenta por efectos astronómicos.
   Al mismo tiempo, durante esta estación y en todo el Río de la Plata, la concentración de material inorgánico en suspensión también disminuye, constituyendo un factor favorable adicional.
4. En relación con la dinámica de los sedimentos, la interpretación de los datos disponibles muestra que las texturas de sedimentos de fondo predominantes son consistentes con la hidrodinámica de los corredores de flujo y la concentración de sedimentos en suspensión.
5. Se desarrolló una metodología para la obtención de series temporales diarias de descarga sólida para material fino y grueso en los ríos Paraná de las Palmas y Paraná Guazú que se basa en datos continuamente accesibles, lo que la torna de gran utilidad para estudios de gestión del recurso a través de simulaciones numéricas simplificadas de la dinámica sedimentológica forzada por la descarga continental, el viento local y la marea astronómica.
6. La comparación de las soluciones numéricas obtenidas con los datos colectados durante las campañas oceanográficas muestra que el modelo reproduce adecuadamente el orden de magnitud y el rango de variabilidad exhibido por las observaciones.
7. La comparación de la solución numérica con observaciones satelitales MODIS indica que, con el grado de desarrollo alcanzado durante el proyecto, el modelo reproduce razonablemente las zonas de máxima concentración de sedimentos suspendidos en el Río de la Plata Superior, en las proximidades y el norte de Punta Piedras, y en Punta Rasa.
   A lo largo de la costa norte, entre Colonia y Montevideo, y a lo largo de la costa sur, en proximidades de Buenos Aires, el modelo subestima la concentración de sedimentos. La inclusión de olas, aún no consideradas en las simulaciones, incrementará la resuspensión de los sedimentos en las zonas someras del Río de la Plata, dando lugar a un aumento generalizado de la concentración.
8. El análisis de las simulaciones permitió hacer inferencias acerca de los procesos físicos que determinan la dinámica sedimentológica en el Río de la Plata. En este sentido, se concluye que éste puede dividirse en cuatro regiones fundamentales en términos de dichos procesos:
   a. En el Río de la Plata Superior la dinámica está dominada por la deposición de sedimentos provenientes de los tributarios y, en menor medida, por la marea. En esta región el viento impacta como tercer forzante en orden de magnitud, advectando el sedimento junto con el agua.
   b. En el Río de la Plata Medio la concentración de los sedimentos en suspensión se reduce significativamente sobre la costa uruguaya, como consecuencia de que los sedimentos decantan mayoritariamente en la región precedente.
   c. En proximidades y al norte de Punta Piedras, en condiciones hidro-meteorológicas moderadas, los sedimentos son resuspendidos por efectos de la marea, que incrementa su magnitud significativamente hacia la Punta. En cambio, durante las grandes tormentas esta región probablemente se rellene, de modo de conducir al relativo equilibrio morfológico observado en la naturaleza. En esta zona se observa una fuerte vinculación entre la concentración de los sedimentos suspendidos y los ciclos de sicigias y cuadraturas de la marea.
   d. En la región comprendida entre Punta Piedras y Montevideo y la Barra del Indio, en condiciones hidro-meteorológicas moderadas se produce la deposición del sedimento resuspendido en la zona anterior. Aquí el efecto del viento es máximo y el de la marea mínimo. Durante las grandes tormentas se genera la erosión del material depositado en el fondo.

A futuro pueden avizorarse numerosos temas de interés científico-práctico a explorar, para los cuales las tareas desarrolladas en el marco del Proyecto servirán de base. En particular, temas de gran importancia por su impacto socio-económico y ambiental son el modelado de los procesos biogeoquímicos (interrelaciones entre el sistema físico, químico y los organismos que habitan el mismo) y el modelado operacional. El sistema de monitoreo hidro-sedimentológico proporcionado por los instrumentos adquiridos durante el Proyecto FREPLATA-FFEM y los modelos numéricos que resultan de estas investigaciones servirán de base a la generación de un programa de monitoreo y alerta ambiental y calidad de agua, clave como parte del Plan de Acción Estratégica propuesto por FREPLATA.

Teniendo en cuenta la importancia ecológica, social y económica de la Cuenca del Plata, y que las limitaciones en las observaciones adquiridas (tanto en cantidad, en calidad, como en período observado) condicionarán a futuro, de modo inexorable, la calidad y profundidad de la investigación científica que puede realizarse con los mismos y el grado de impacto sobre los distintos sectores productivos y/o campos de aplicación, se recomienda el mantenimiento de las estaciones de observación medioambiental instaladas en el Río de la Plata en el marco del Proyecto FREPLATA-FFEM durante un período de tiempo inicial de no menos de tres años. Sería deseable, durante ese período, prever los mecanismos para el mantenimiento de dichas estaciones durante por lo menos los próximos diez años, para el monitoreo de la variabilidad climática y el cambio climático y propender al desarrollo de un sistema de modelado operacional en la región.

FUNDAMENTACIÓN
Objetivos del proyecto

La gestión ambiental del Río de la Plata debe incluir la comprensión de la dinámica de los sedimentos finos debido a que éstos intervienen en una gran cantidad de procesos. Entre los más significativos se encuentran:

a_La productividad primaria:
Los sistemas fluvio-marinos son áreas favorables al desarrollo de fitoplancton, dado que constituyen las regiones donde los nutrientes provenientes de los ríos encuentran condiciones adecuadas de iluminación. La turbidez es el mayor factor en la atenuación de la luz en la columna de agua y, consecuentemente, gobierna la productividad primaria.
Por lo tanto, la predicción de la dinámica de las poblaciones pertenecientes a niveles tróficos más altos depende de la adecuada predicción de los niveles de turbidez.

b_Las pesquerías:
Las condiciones ambientales (salinidad, turbidez) tienen la mayor influencia sobre la distribución y estructura poblacional de las especies y sobre la estructura de la ictiofauna del Río de la Plata. En este sistema fluvio-marino, la ictiofauna es una combinación de especies dulceacuícolas y marinas, que tienen ciclos de vida íntimamente relacionados con la oceanografía. Es la principal área de desove y cría de muchas especies que son explotadas comercialmente y soportan las pesquerías costeras de Argentina y Uruguay.
Dentro de estas especies, la corvina rubia micropogonias furnieri (Figura 2) es el principal recurso pesquero del Río de la Plata.

Los juveniles ocupan las aguas someras asociadas al frente salino de fondo (Figura 3), coincidente con la zona de máxima turbidez (ZMT, Figura 4), mientras que los adultos son comunes hacia las aguas de la plataforma costera durante el invierno, y realizan migraciones hacia la ZMT durante la temporada reproductiva. Aún no se comprenden los motivos de la relación de los individuos inmaduros con la ZMT, pero podría estar asociada a beneficios para la alimentación a través del incremento en la abundancia de las presas (promueve la agregación) mientras que al mismo tiempo reduce el riesgo de predación aviar (refugio provisto por la condiciones de turbidez), además de conectar las dos áreas principales de cría del Río de la Plata, Bahía Samborombón y Río Santa Lucía. La asociación de los adultos a la ZMT durante la época reproductiva podría estar asociada a la prevención de la advección (exportación) de huevos y larvas a aguas marinas costeras adyacentes al Río de la Plata a través de mecanismos de retención horizontal.

Las variaciones espacio temporales de las condiciones ambientales (salinidad, turbidez) son de gran relevancia en la determinación del uso de hábitat de la corvina rubia, y por consiguiente en la determinación de la interacción de los distintos estadios de la especie con las pesquerías. Concordante con el comportamiento de esta corvina, existe un conjunto de especies de recursos costeros de menor biomasa que soportan una pesquería constante a lo largo del año de los asentamientos de pescadores artesanales de la región. Entre ellos se puede mencionar la lisa, la corvina negra, la pescadilla real y el pejerrey cuyo comportamiento es menos conocido, y donde el aporte del conocimiento de procesos físicos en esta escala contribuiría a generar mejor predictabilidad en las capturas de este sector pesquero. La presión humana sobre los recursos costeros está aumentando rápidamente. En este sentido, es importante entender la relación entre el ambiente y las pesquerías, a través del uso de hábitat de la especies, para la sugerencia de planes de protección y conservación dentro de un manejo ecosistémico. Por ello, entender los procesos que determinan la turbidez y sus cambios espacio-temporales, es de gran relevancia para la determinación de la variación espacio temporal de las áreas esenciales (desove, cría) a ser conservadas, favoreciendo el desarrollo regional, la conservación de la biodiversidad y una explotación sustentable de los rec